Способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов (его варианты)
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик ()934280 (61) Дополнительное к авт..свид-ву— (22) Заявлено 11 12.79 (21) 2890554/18-10 с присоединением заявки № 2890555/18-10 (23) Приоритет— (51) M. Кл.з
G 01 М 11/00
G 02 В 5/14
Гасударственный кемнтет
СССР (53) УДК 535.8 (088.8) Опубликовано 07.06.82. Бюллетень № 21
Дата опубликования описания 07.06.82 ле делам нзабретеннй н вткрмтий
Ю. В. Гуляев, В. Т. Потапов, В. П. Соснин,1
Д. П. Трегуб и Б. Б. Эленкриг (72) Авторы изобретения
Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ СВОЛСТВ
МНОГОМОДОВЫХ СВЕТОВОДОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1
Изобретение относится к оптическим измерениям, в частности к способу определения дисперсных свойств многомодовых волокойных световодов, а именно дисперсии и импульсного отклика, и может быть использовано при их исследовании и для контроля их оптических свойств в процессе производства.
Известен способ определения дисперсионный свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода синхронными импульсами оптического излучения от двух источников, излучающих на разных длинах волн, измерение и сравнение формы возбуждающих импульсов .и импульсов, .прошедших по исследуемому световоду (1).
Недостатком этого способа является невозможность экстраполяции измеренной величины дисперсии на любую длину световода, что необходимо для контроля оптических свойств световодов при их производстве.
Известен также способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения, измерение формы возбуждающего импульса и импульса прошедшего по световоду, многократное повторение указанных операций при уменьшении длины исследуемого световода и сравнение результатов изме5 рений между собой (2).
Недостатком этого способа является разрушение исследуемого световода в процессе измерения. Кроме того, этот способ не позволяет экстраполировать величину дисперсии на более длинные отрезки световода.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения, сопоставление возбуждающего и прошедшего по световоду импульсов, определение модовой и материальной составляющей дисперсии (3) .
Недостатком этого способа является то, - что он не позволяет определять дисперсионные свойства световода любой заданной длины без его разрушения.
934280
Цель изобретения — обеспечение возможности определения дисперсионных свойств световода любой длины без его разрушения.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу световод последовательно подвергают на всей длине и на участках различной длины упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым расчитывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии, после чего по полученным значениям этих составляющих по величине дисперсии, полученной при многократном прохождении импульса оптического излучения по недеформированному световоду, определяют длину возбуждения недеформированного светощ>да и по соотношению модовой, материальной составляющей дисперсии и длины возбуждения недеформированного световода определяют его дисперсионные свойства.
Кроме того, световод последовательно подвергают на всей длине и на участках различной длины упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым расчитывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии и длину возбуждения деформированного световода, по расчитанным значениям этих величин определяют фбрму импульса излучения на входе исследуемого участка световода, затем световод подвергают упругой деформации на всей длине за исключением его исследуемого участка измеряют при этом форму прошедшего по нему импульса оптического излучения и по соотношейию измеренных значений этого импульса на входе исследуемого участка световода определяют его дисперсионные свойства.
Способ осуществляется следующим образом.
В многомодовых световодах за уменьшение и искажение формы импульсов излучения проходящих по световоду отвечают, в основном, модовая составляющая и материальная составляющая дисперсий. Дисперсионные свойства многомодовых световодов х а ра кте р из уются та к же дл и ной возбуждения. Под длиной возбуждения световода понимают длину световода, после которой не меняется распределение излучения по модам в световоде, обусловленное связью межру модами. С точки зрения дисперсионньчх свойств световода, длина возбуждения — это такая длина, пос.ле которой величина дисперсии, обусловленная разными групповыми скоростями разных мод, пропорциональна корню квадратному из длины световода.
Для определения дисперсионных свойств световода на любой заданной длине Z необходимо определить три указанные величины.
В настоящее время ни один из известных спо5
1О
50 собов измерения дисперсии не позволяет этого сделать.
В предлагаемом способе введение новых операций — упругой деформации световода и изменении длины деформируемых участков позволяет произвести необходимое для вычисление указанных величин число измерений.
На чертеже показана блок-схема устройства реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит задающий генератор имульса 1 и источник 2 оптического излучения, в качестве которого используют полупроводниковый квантовый генератор, входное согласующее устройство 3, полупрозрачные зеркала 4 и 5, выходное согласующее устройство 6, приемник 7 излучения, регистрирующее устройство 8, линию 9 задержки и устройство 10 для создания упругой деформации в световоде. В качестве устройства IO может быть использована бобина с радиальным разрезом.
Измерение дисперсии световода осуществляют следующим образом.
Предварительно измеряют форму импульса Т.„(1), возбуждающего исследуемый световод. Для этого импульс излучения источника 2 через согласующее устройство 3 направляют в калибровочный отрезок световода небольшой длины (-1 м) и после прохождения им этого отрезка с помощью выходного согласующего устройства 6 направляют на приемник 7 и регистрируют устройством 8.
Затем измеряют форму импульса Т,,к(1), прошедшего m раз по исследуемому световоду.
Для этого исследуемый световод l l длиной
L наматывают на бобину 10, зажимают начальный участок его на небольшой длине (порядка нескольких см) между шероховатыми поверхностями и направляют в него с помощью согласующего устройства 3 импульс оптического излучения источника 2. Зажим начального участка обеспечивает возбуждение в световоде, установившегося по модам излучения. Импульс излучения отражаясь от зеркал 4 и 5 многократно проходит по исследуемому световоду. Число прохождений m выбирают с помощью величины задержки импульса, синхронно с импульсом излучения источника 2, в линии 9 задержки.
Импульс излучения, прошедший m раз по исследуемому световоду 11 через полупрозрачное зеркало 5 и выходное согласующее устройство 6, поступает на приемник 7 и регистрируется устройством 8, где измеряется его форма. В данном случае число прохождений m импульса по световоду всегда нечетное, так как для упрощения реализации способа регистрируется импульс излучения только со стороны выходного конца световода.
После этого исследуемый световод 11 на всей длине L подвергают действию упругой деформации, для чего вставляют в разрез бобины 10 микрометрический винт и с помо934280
Р р4 pинп
BblX ВХ (2) 55
Т,„,(() = Т, t
)" щью его увеличивают периметр бобины.
Тем самым осуществляется натяжение световода на всей длине 1. Световод 11 в натянутом состоянии возбуждают импульсом оптического излучения источника 2 и с помо щью устройства 8 измеряют форму импульса Т (t), прошедшего один раз по световоду 11. затем частично сматывают с бобины
10 световод 11, оставив на бобине участок световода длиной L, не изменяя натяжения возбуждают световод импульсом оптическогоо излучения и измеряют форму импульса
T„,(t), прошедшего один раз по световоду, деформированному на участке длиной L .
Аналогично уменьшают длину деформированного участка световода до величины Lz L и измеряют форму импульса Т (() на выходе световда 11. По измеренным значениям
Т „(1), Т,„„((), Т (1),Т,() и ТЩ определяют величины дисперсий возбуждающего импульинп са Рп„импульса, прошедшего m раз по исследуемому световоду 0:: импульсов Риь инп имп
D„, и Р„, прошедших по световоду, натяну,тому на длинах L, L> и L> соответственно.
Указанные величины дисперсий расчитывают по формуле г инп ft T(t) dt f /СТ(ц 1ф 1
fz() к j ) т(с>а )
По расчитанным величинам определяют величину дисперсии Рп1 исследуемого световода на длине mL и величины дисперсий Рь, D< и Р г световода, натянутого на длинах
L, (и L> соответственно, используя формулу
Ринп В»нп уиип p Р инп выл щ, 1 А 1 у L или 12
Затем вычисляют модовую составляющую13, дисперсии по формуле
В (D Dg )(LL )(DaDl )(LLL) (g) i)(L 2)(1 "2) " материальную составляющую Dz дисперсии
p = — -- (— — — - ):(— г — — )(- — " э (4) (1" 1)(- -2)(! 2) длину возбуждения L недеформированного световода по формуле и длину возбуждения 1. деформированного световода по формуле и г 0 )(- 4) (2и:Э )(- 1-г) . (б) (Dxg DQ(L-L ) (,-D )(L - ) ®
После этого сопоставляют между собой рассчитанные значения 1в и 1, значение 1в и длину mL, а- также длины L, L и Lz с рассчитанными значениями L> и Ц. Выполнение условий Lgs L, L mL, L) и LP
Ls, L-L), и L-.1г< Е означает, что величина деформации световодов, длины L< и Lz деформируемых участков и число m прохождений импульса излучения по световоду выбраны правильно. При- невыполнении, указанных условий описанную последовательность операций повторяют, увеличив при этом вели10 чину деформации световода, число m прохождений импульса излучения по световоду и длины Е(и 1.г деформируемых участков.
Когда указанные условия будут выполняться, рассчитанные по результатам последних из- мерений величины Р, Рг и Ев используют
t5 для определения (1) дисперсии Dz световода на любой заданной длине Z по формуле (D,+D )2 при 2<1 в
D (7) D,Lg2+Dz Z пРи 2 > 1-в
Для осуществления второго варианта предлагаемого способа после измерения формы импульса оптического излучения, возбуж25 дающего исследуемый световод, измеряют форму импульса T (t) прошедшего один раз по исследуемому световоду. Далее исследуемый световод подвергают действию упругой деформации аналогично первому варианту, и после расчета дисперсии Рь исследуемого
30 световода, дисперсий В1 Dj, и D;,äåôîðìèðîванного световода, модовой D и материальной D> составляющих дисперсии и длины возбуждения L> деформированного световода сопоставляют между собой рассчитанные значения дисперсий Вь и Dq„a также длину
35 возбуждения I деформированного светово-! да и длины L, 1.„1.ги Z. Указанную последовательность операций осуществляют один раз при выполнении условий D„,L и L>>
Ъ1. и L- L < L, L ° форму импульса Т г(1) излучения, прошедшего по всему световоду. Величину деформации выбирают равной деформации, при которой определялись окончательные значения D<,Р, HLвI По измеренному значению Т г(() и окончательным значениям T„ (t), D,, Рг и 1-и определяют форму импульса излучения на входе исследуемого участка длино" Z no формуле 934280 Составитель Л.Мухина Редактор Л. Гратилло Техред А. Бойкас Корректор Л. Бокшан Заказ 3914/35 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и импульсный отклик этого участка по формуле -1 J F l 1.- (Ô) (9) L Р (rax (t)) ) где F t ) и F C 1 — прямое и обратное Фурье преобразование, соответственно. Формула изобретения 1. Способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения, соспоставление возбуждающего и прошедщего по световоду импульсов, определение модовой и материальной составляющих дисперсии, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения дисперсионных свойств световода любой длины без его разрушения, световод последовательно подвергают на всей длине и на участках различной длины упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым рассчитывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии, после чего по полученным значениям этих составляющих и по величине дисперсии, полученной при многократном прохождении импульса оптического излучения по недеформированному световоду, определяют длину возбуждения недеформированного световода и по соотношению модовой, материальной составляющих дисперсии и длины возбуждения недеформированного световода определяют его дисперсионные свойства. 2. Способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения, сопоставление возбуждающего и прошедшего по световоду импульсов, определение модовой и материальной составляющих дисперсйИ, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения дисперсионных свойств участка световода любой длины без его разрушения, световод последовательно подвергают по всей длине и на участках различной длины упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым рассчи1О тывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии и длину возбуждения деформированного световода, по рассчитанным значениям этих величин определяют форму импульса излучения на входе исследуемого участка световода, затем световод подвергают упругой деформации на всей длине за исключением его исследуемого участка, измеряют при этом форму прошедшего по нему импульса оптического излучения и по соотношению измеренных значений этого имго пульса и импульса на входе исследуемого участка световода определяют его дисперсионные свойства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Gloge Э,СЫппоск Е. L and 1.ее T. P. GaAs Twin — Laser Setup to Measure Mode and Material Dispersion in Optical Fibers «Applied Optics», ч. 13, № 2, 1974, рр. 261— 263. 2. Чиннок, Коэн, Холден, Стендли, Кек. Зависимость уширения импульса от длины световода типа CGW — BELL 10, ТИИЭР. т.б l, 1973, № 10, с. 138 — 139 3. Борноски М. К. Персоник С. Д. Измерения в волоконной оптике. ТИИЭР. T. 66, 1978 № 4, с. 75 — 90 (прототип).
